一种从生活污水生物处理系统中回收磷并直接资源化的方法

1.本发明属于生活污水资源化技术领域，还属于农林固体废弃物资源化利用技术领域，具体地说，涉及一种从生活污水生物处理系统中回收磷的方法，及回收磷获得的产物直接资源化方法。


背景技术：

2.磷元素(p)是地球上非常重要且难以再生的非金属矿产资源之一，是所有生物生长繁殖必须的营养元素，但也是一种有限、不可再生的资源。虽然我国目前磷矿储量为33亿吨，位居世界第二，但我国高品位磷矿资源储量占比较低，年开采量大，且由于磷矿的低效率及农工业的非循环利用，我国优质磷矿将在不到20年的时间内消耗殆尽。磷危机迫在眉睫，已成为当今人类社会必须面对的重大危机之一。
3.生活污水产量巨大，含有溶解性磷，伴随着磷危机的产生，从生活污水中回收磷而非去除越来越成为关注焦点。然而目前现行的生活污水生物处理工艺仍然是除磷，污水中的磷从液体转移至固体中被弃置，无法回收并资源化利用。从生活污水中回收磷，并以磷肥的形式被土地利用从而实现快速资源化，是缓解磷资源短缺的有效途径之一。
4.我国是一个农林大国，也是农林废弃物十分丰富的国家之一。以秸秆为例，2015年全国作物秸秆理论资源量为10.4亿吨，可收集资源量约9亿吨，利用量约7.2亿吨。但是，秸秆综合利用产业化程度低、经济效益差、成本较高导致目前我国秸秆主要用于直接燃烧或焚烧废弃。将秸秆等农林废弃物材料在无氧或限氧的条件下热裂解制备成具有疏松多孔、比表面积大、具有特异吸附性能的特征炭质材料成为当前环境科学领域的研究热点。


技术实现要素：

5.针对上述迫切需要解决的问题，提出一种从生活污水生物处理系统中回收磷并直接资源化的方法。
6.为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：
7.本发明的目的在于提供一种从生活污水生物处理系统中回收磷的方法是按下述步骤进行的：
8.步骤一、将农林废弃物清洗、烘干后粉碎；
9.步骤二、然后用氯化锌溶液浸渍，清洗、烘干，再炭化，自然冷却至室温，得到改性生物炭；
10.步骤三、将步骤二获得的改性生物炭浸渍含磷废水，或者置于生活污水生物处理系统中停留一段时间后，获得富磷生物质炭。
11.进一步地限定，步骤一中农林废弃物为秸秆、稻壳、食用菌基质、边角料、薪柴、树皮、花生壳、枝桠柴、卷皮、刨花中的一种或者其中几种的任意组合。
12.进一步地限定，所述粉碎后获得农林废弃物的颗粒粒径为6mm～8mm。
13.进一步地限定，步骤一中干燥温度为120℃。
14.进一步地限定，步骤二中氯化锌溶液的浓度为30g/l～70g/l，浸渍比为(0.8～1.2):1,浸渍时间为4h～12h。
15.进一步地限定，步骤二中炭化温度为300℃～450℃，炭化时间为60min～105min。
16.进一步地限定，步骤二中干燥温度为120℃。
17.进一步地限定，步骤三中生活污水生物处理系统的二沉池或者生活污水生物处理系统厌氧释磷段，总磷浓度小于80mg/l，改性生物炭投加量为0.5g/l～5g/l，停留时间为30min～ 3h。
18.资源化的方法是将富磷生物质炭与土壤混合用作促进植物生长剂；种植植物，改善土壤营养情况，促进植物生长；富磷生物质炭添加量为1wt.％～5wt.％。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明制备了对生活污水中的磷有高吸附性能的专属材料，对污水中的磷有非常高的选择性吸附；
21.本发明阐述的方法改变了传统生活污水中磷只能被去除的命运，真正意义上实现了污水中磷的回收及资源化，为改善磷资源短缺提供了新途径；
22.本发明方法以农林废弃物为原料，制备的对磷有高吸附性能的生物质炭材料，无二次污染，是一种环境友好型材料；
23.本方发明法为产量巨大的农林废弃物找到了一条提高附加值、变废为宝的资源化新途径。
24.本发明以农林业废弃物为基材，通过初步活化，改性、炭化，制备得到性能优异对磷有专属吸附性能的生物炭，制备方法简单、无二次污染，有利于实现农林废弃物资源化并减少其对环境带来的污染，同时利用其优异的吸磷性能从生活污水生物处理系统中吸附并富集磷，一改传统污水除磷的思维定势，可以实现从污水中回收磷，不仅为污水资源化提供了新途径，而且可以缓解磷资源短缺的局面。与其它磷回收的方法相比，本方法获得的富磷生物质炭材料无需经过再加工即可实现资源化，其可以直接与土壤掺混，作为磷肥或者是土壤改良剂，提高土壤肥力，促进植物生长，具有显著的社会、环境和经济效益，应用前景广阔。
25.为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
26.图1为富磷生物质炭材料的扫描电镜图；
27.图2为富磷生物质炭材料不同投加量对吸磷效果影响；
28.图3为不同施用量对小白菜、紫花苜蓿的生长影响。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
30.实施例1：本实施例为以农业废弃物秸秆为原料，制备富磷生物质炭材料，按如下步骤：
31.(1)农业废弃物玉米秸秆预处理
32.将玉米秸秆用水清洗，放入烘干箱内在120℃下烘干，破碎后过筛6～8mm，得到玉米秸秆；
33.(2)制备氯化锌改性玉米秸秆
34.(3)称取步骤(1)称取适量的过筛玉米秸秆，加入100ml的浓度为50g/l的氯化锌溶液，浸渍比例为1.0:1，浸渍8h后用去离子水清洗，将其放入烘干箱120℃烘干。
35.(3)制备改性玉米秸秆生物炭
36.将步骤(2)所得到的氯化锌改性玉米秸秆炭放入坩埚，放入马弗炉炭化，炭化温度为 400℃，炭化时间为75min之后自然冷却至室温，研磨后得到改性玉米秸秆生物炭粉。
37.(4)制备富磷生物质炭材料
38.取步骤(3)所得到的改性玉米秸秆生物炭1g，加入500ml含磷浓度为60mg/l含磷废水，搅拌3h，过滤，即为富磷生物质炭材料。
39.本实施例步骤(4)磷的去除率可达92.3％以上.
40.实施例2:本实施例与实施1不同之处在于：氯化锌溶液的浓度40g/l、50g/l、60g/l或者70g/l。
41.实施例3:本实施例与实施1不同之处在于：浸渍比例为0.9：1、0.8:1、1.1：1或者1.2： 1。
42.实施例4:本实施例与实施1不同之处在于：浸渍4.0h、5.0h、6.0h、7.0h、8.0h、9.0h、 10.0h、11.0h、12.0h。
43.实施例5:本实施例与实施1不同之处在于：炭化温度为300℃、350℃或者450℃。
44.实施例6:本实施例与实施1不同之处在于：炭化时间为60min、90min或者105min。
45.实施例7:本实施例为实施例1条件下制备的改性玉米秸秆生物质炭对污水处理厂厌氧段污水中磷的脱除，从而获得富磷生物质炭材料。具体实施步骤如下：
46.分别称取0.05g、0.1g、0.15g、0.20g、0.25g改性玉米秸秆生物炭粉加入到锥形瓶内，再量取厌氧段生活污水50ml，其含磷量为10～20mg/l倒入锥形瓶内与之混合，将锥形瓶塞塞好置于水浴恒温振荡器中振荡3.0h后过滤，并测定滤液中剩余磷度。结果如图2所示。
47.由图2可知，改性玉米秸秆生物炭粉为0.25g，即每升污水中该炭材料投加量为5g时，溶液中残留的磷含量最少，磷去除率在90％以上。将该条件下获得的吸磷炭材料自然晾干，即得到富磷生物质炭材料。
48.实施例8：本实施例为采用实施例7中改性玉米秸秆生物炭粉为0.25g制得的富磷生物质炭材质进行土壤改良试验，具体试验步骤如下：
49.取若干个250g贫瘠沙土，施用比例分别为0％、1％、3％、5％，移苗紫花苜蓿、小白菜，各植物每盆3株，放于人工气候培养箱中培养30天，进行收获。结果见图3，如图所示，使用本实施例的专属材质处理过的贫瘠沙土，炭土质量比为1％时对紫花苜蓿和小白菜植物生长有明显促进作用。